第二章 数控机床编程基础

主讲郑才国第二章第2章数控机床编程基础数控编程的概念数控编程的基础知识数控机床的坐标系常用编程指令程序编制中的数学处理第2章数控机床编程基础2.1数控程序编制的概念数控程序的编制方法及步骤工件图样工艺设计数学处理编制程序制作介质校验修改手工编程过程1、手工编程2、自动编程第2章数控机床编程基础2.1数控程序编制的概念数控程序的编制方法及步骤分析加工图样编程开始制作控制介质运行调试程序编写程序单数值计算确定工艺过程满足要求编程结束NY编程的内容和步骤第2章数控机床编程基础2.2编程的基础知识2.2.1程序的构成及格式国际标准化组织（ISO）对数控机床的数控程序的编码字符和程序段格式、准备功能和辅助功能等制定了若干标准和规范。一个完整的零件加工程序，它主要由程序名和若干程序段组成。程序名是该加工程序的标识；程序段是一个完整的加工工步单元，它以N（程序段号）指令开头，LF指令结尾；M02作为整个程序结束的指令，有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的符号，如%、EM等第2章数控机床编程基础2.2编程的基础知识2.2.2程序段格式程序段的格式:指一个程序段中指令字的排列顺序和书写规则，不同的数控系统往往有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统就不能接受。目前广泛采用的是地址符可变程序段格式（或者称字地址程序段格式），格式：N_G_X_Y_Z_F_S_T_M_LF这种格式的特点：程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再跟符号和数字。指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书写。不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写。因此，这种格式具有程序简单、可读性强，易于检查等优点。第2章数控机床编程基础2.2编程的基础知识2.2.3字与字的功能常用地址符及其含义机能地址符说明程序号O或P或%程序编号地址程序段号N程序段顺序编号地址坐标字X，Y，Z；U，V，W；P，Q，R；A，B，C；D，E；R；I，J，K；直线坐标轴旋转坐标轴圆弧半径圆弧中心坐标准备功能G指令动作方式辅助功能M，B；开关功能，工作台分度等补偿值H或D补偿值地址暂停P或X或F暂停时间重复次数L或H子程序或循环程序的循环次切削用量S或VF主轴转数或切削速度进给量或进给速度刀具号T刀库中刀具编号第2章数控机床编程基础2.2编程的基础知识2.2.4程序编制中的基本指令(1)G指令——准备功能指令是使CNC机床准备好某种运动方式的指令分为模态指令和非模态指令。模态指令表示在程序中一经被应用，直到出现同组其它任一G指令时才失效。否则该指令继续有效，直到被同组指令取代为止。非模态指令只在本程序段中有效。组成：G后带二位数字组成，从G00到G99共100种第2章数控机床编程基础（2）M指令——辅助功能指令作用：用于控制CNC机床开关量，如主轴正反转、冷却液的开停、工件的夹紧松开等。组成：M后带二位数字组成。（3）F指令——进给速度指令续效代码，一般直接指定，即F后跟的数字就是进给速度的大小，如F100表示进给速度为100mm/min。在程序启动第一个G01或G02或G03功能时，必须同时驱动F功能。(4）S指令——主轴速度功能指令S代码后的数值为主轴转速，要求为整数。在零件加工之前一定要启动主轴运转（M03或M04）。（5）T指令——刀具功能指令Tnn代码用于选择刀具库中的刀具，nn表示刀号。2.3数控机床坐标系2.3.1机床坐标系及运动方向第2章数控机床编程基础右手笛卡尔坐标系2.3数控机床坐标系机床坐标系及运动方向的确定方法第2章数控机床编程基础1.假定刀具相对于固定的工件运动2.采用右手笛卡儿坐标系直线坐标XYZ旋转坐标ABC附加坐标UVW3.确定顺序：Z—X—Y4.增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向2.3数控机床坐标系第2章数控机床编程基础卧式数控车床坐标系+X+Z2.3数控机床坐标系第2章数控机床编程基础立式数控铣床坐标系+Z+X+Y2.3数控机床坐标系2.3.2机床原点与机床参考点第2章数控机床编程基础机床原点又称为机械原点，它是机床坐标的原点。该点是机床上的一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考的基准点。这个点不是一个硬件点，而是一个定义点。机床参考点是采用增量式测量的数控机床所特有的，机床原点是由机床参考点体现出来的。机床参考点是一个硬件点2.3数控机床坐标系2.3.3工件坐标系第2章数控机床编程基础工件坐标系的原点就是工件原点，也叫做工件零点。与机床坐标系不同，工件坐标系是人为设定的，选择工件坐标系的原点的一般原则是：1．尽量选在工件图样的基准上，便于计算，减少错误，以利于编程。2．尽量选在尺寸精度高，粗糙度值低的工件表面上，以提高被加工件的加工精度。3．要便于测量和检验。4．对于对称的工件，最好选在工件的对称中心上。5．对于一般零件，选在工件外轮廓的某一角上。6．Z轴方向的原点，一般设在工件表面。2.4常用编程指令2.4.1绝对尺寸和相对尺寸指令第2章数控机床编程基础G90——以绝对值编程G91——以增量值编程在ISO代码中，绝对尺寸指令和增量尺寸指令分别用G90和G91准备功能代码指定。G90表示程序段中的尺寸字为绝对坐标值，G9l则表示增量值。2.4常用编程指令2.4.2设定工件坐标系指令指令G92第2章数控机床编程基础当用绝对尺寸编程时，必须先建立刀具相对于工件起始位置的坐标系。即确定零件的绝对坐标原点(又称程序原点或编程原点)设定在距刀具现在位置多远的地方。也就是以程序原点为准，确定刀具起始点的坐标值，并把这个设定值记忆在数控装置的存储器内，作为后续各程序段绝对尺寸的基准。在一个零件的全部加工程序中，根据具体需要，可以只设定一次或多次设定。G92为续效指令，只是在重新设定时，先前的设定才无效。用G92指令设定：即用刀架或刀具主轴在参考点位置时的起刀点建立工件坐标系。2.4常用编程指令如左图，“G92XAZA”表明起刀点A处在工件坐标系正向XA与ZA处，亦即在距离起刀点A的XA、ZA处为工件零点；此后程序都按工件坐标系编程。XA与ZA被记忆在系统中并建立工件坐标系但不运动。如右图，“G92-X1-Y1”表明工件坐标系设定在距起刀点（X1，Y1）处，或起刀点在（-X1，-Y1）处。第2章数控机床编程基础2.4常用编程指令2.4.3坐标平面选择指令G17/G18/G19第2章数控机床编程基础G17——XY坐标平面G18——ZX坐标平面G19——YZ坐标平面对于三坐标运动的铣床和加工中心镗铣床，常用这些指令命令机床按哪一平面进行运动。由于大都运动于XY平面，故G17可省略。对于车床总是在XZ平面内运动，故无需编写平面指令。2.4常用编程指令2.4.4点定位指令G00第2章数控机床编程基础G00为快速定位指令，刀具以点位控制方式从刀具所在位置以各轴设定的最高允许速度移动到指定位置，属于模态指令。程序段格式为：G00X__Y__Z__，X、Y、Z为目标点坐标。指令F对G00程序段无效。2.4常用编程指令2.4.5直线插补指令G01第2章数控机床编程基础G01指令即直线插补指令，按程序段中规定的进给速度F，由某坐标点移动到另一坐标点，插补加工出任意斜率的直线。机床在执行G01指令时，在该程序段中必须具有或在该程序段前已经有F指令，如无F指令则认为进给速度为零。G01和F均为模态代码。程序段格式为：G01__Y__Z__F__X、Y、Z为目标点坐标。2.4常用编程指令2.4.4直线插补指令G01第2章数控机床编程基础如图为G01程序例，P点为刀具起点，刀具由P点快速移至A沿AB、BO、OA切削，再快速返回P点。其程序如下：用绝对值编程N001G92X28Y20.0；N002G90G00X16.0S_T_M_；N003G01X-8.0Y8.0F_；N004X0Y0；N005X16.0Y20.0；N006G00X28.0M02；2.4常用编程指令2.4.6圆弧插补指令G02、G03第2章数控机床编程基础G02、G03为圆弧插补指令，该指令的功能是使机床在给定的坐标平面内进行圆弧插补运动。圆弧插补指令首先要指定圆弧插补的平面，插补平面由G17、G18、G19选定。圆弧插补有两种方式，一是顺时针圆弧插补Ｇ02，一是逆时针插补Ｇ03。编程格式有两种，一是I、J、K格式，另一种是R格式。2.4常用编程指令2.4.6圆弧插补指令G02、G03第2章数控机床编程基础其程序格式为：G17G18G19G02G03X_Y_Z_I_J_K_R_F_2.4常用编程指令2.4.6圆弧插补指令G02、G03第2章数控机床编程基础当机床只有一个坐标平面时，平面指令可省略(如车床)，当机床有具有三个坐标时(如铣床)，G17可省略。终点坐标可以用绝对值，也可用终点相对于起点的增量值，决定于程序中已指定的G90或G91。圆心坐标I,J、K一般用圆心相对于圆弧起点(矢量方向指向圆心)在X、Y、Z坐标的分矢量确定，且总是为增量值，而与已指定的G90无关。圆心参数也可用半径值。由于在同一半径R的情况下，从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性，为区别二者，当圆心角≤180°的圆弧用+R，圆心角180°的圆弧用-R。用R参数时，不能描述整圆（原因是此时圆心角为0°或360°，不能确定）。2.4常用编程指令2.4.6圆弧插补指令G02、G03第2章数控机床编程基础OXY153878R2048R23301025G02、G03编程图例ABCDE58F如左图所示图例，设刀具由坐标原点O相对工件快速进给到A点，从A点开始沿着A、B、C、D、E、F、A的线路切削，最终回到原点O。%0001N10G92X0Y0N20G90G17M03N30GOOX15Y10N40G01X58F180S400N50G02X78Y30I20F80N60G01X78Y48F180N70X38N80G03X15Y25J-23F80N90G01Y10F180N100G00X0Y0N110M02使用R格式编程N50G02X78Y30R20F80N80G03X15Y25R23F80R表示圆心角小于180º的圆弧用R-表示圆心角大于180º的圆弧2.4常用编程指令2.4.7暂停指令G04第2章数控机床编程基础G04为暂停指令，该指令的功能是使刀具作短暂的无进给加工(主轴仍然在转动)，经过指令的暂停时间后再继续执行下一程序段，以获得平整而光滑的表面。G04指令为非模态指令。其程序段格式为：G04X（或P或F或S）2.4常用编程指令2.4.8刀具半径补偿指令G41、G42、G40第2章数控机床编程基础当用圆形刀具编程时，利用刀具半径补偿功能，只需向系统输入刀具半径值，即可按零件轮廓尺寸编程，而不必计算刀心轨迹与按刀心轨迹编程。数控机床一般都具备刀具半径自动补偿机能，以适应用圆头刀具(如铣刀、圆头车刀)加工时，可简化程序编制。按刀心轨迹编程时，其数据的计算有时是相当复杂的，特别是当刀具磨损、重磨以及换新刀而导致刀具直径变化时，必须重新计算，这就更加繁琐，又不易保证加工精度。2.4常用编程指令2.4.8刀具半径补偿指令G41、G42、G40第2章数控机床编程基础图示为铣刀半径自动补偿示例。由于数控装置具备了刀具半径的自动补偿，只需按已知的起刀点P和轮廓A、B、C、D的图纸数据进行编程。在程序中只给出刀具偏置方向的指令G41（左偏）或G42（右偏）以及偏置号D，而刀偏半径值由操作者根据需要输给CNC装置并由D指令调用，CNC装置便能自动计算刀心轨迹并按刀心轨迹运动，使编程十分简便。G41左偏指令是指顺着刀具前进方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边，若偏在右边则用G42右偏指令。G41、G42、D为续效指令。2.4常用编程指令2.4.8刀具半径补偿指令G41、G42、G40第2章数控机床编程基础图示的程序如下(按绝对值编程）P→AG90G00G41XAYAT01D01；A→BG01XBYB；B→CBCYC；C→DXDYD；D→AXAY